钢结构焊接缺陷对施工质量的影响分析

刘殿民，赵会伟，姚小彬，张 玲，韩 超

钢结构工程中，焊接是非常重要的一道工序，其质量不但会影响施工质量，而且还关系到钢结构本身的稳定性、耐久性、安全性等方面。所以确保焊接质量显得尤为必要。在焊接作业时，由于受到多方面因素的影响，使得钢结构常常会出现气孔、裂纹等焊接缺陷，这些缺陷会引起应力集中，并且还会对结构产生破坏。基于此，必须采取有效的方法和措施，消除焊接缺陷，提高钢结构的焊接质量。

1 钢结构焊接缺陷的成因及其对施工质量的影响

1.1 缺陷成因

引起钢结构焊接缺陷的因素相对较多，大体上可归纳为以下几个方面：人为原因、设备原因、技术原因等。

1.1.1 人为原因

在钢结构焊接过程中，操作人员是质量控制的主体，为确保焊接质量达到规范的要求，从事焊接作业的人员要具有相应的资质或技术等级，必须持资格证书上岗，无证者不得进行焊接操作。同时，上岗操作前，要接受正规的岗前培训，以此来了解焊接注意事项。钢结构的焊接操作复杂程度高，对焊工的技术要求也比较高，作为一名合格的焊工，除了应当具备过硬的焊接技术外，还要有责任心，这样才能在工作中以严谨的态度认真对待焊接作业，避免缺陷的产生，保证焊接质量。然而，实际情况却差强人意，很多焊工作业时不按规程的要求操作，缺乏工作经验，对焊接技术要点掌握得不全面，致使焊接作业中出现各种问题，导致钢结构焊接缺陷频繁发生。

1.1.2 设备原因

现阶段，在钢结构焊接作业中，焊接设备已经成为不可或缺的重要基础，它的应用，使焊接作业效率得到大幅度提升。焊接机的性能与钢结构的焊接质量之间存在着极为密切的关联，为确保焊接质量达到现行规范标准的规定要求，就必须保证焊接机的性能良好。这就要求相关人员应做好焊接机的检查和保养维护工作。在对焊接机检查时，重点要放在各种仪表上，如电流表、电压表等，以此来确保焊接时，各项数据的准确性。一些较为重要的焊接工艺在施焊前，要先对焊接机进行试用，确认合格后，方可大面积作业。通过对钢结构焊接的实际情况进行调查后发现，虽然焊接作业时都在使用焊接机，但真正对焊接机检查、保养的却少之又少，一般都是当焊接机出现问题后才维修，由此增大了焊接缺陷的产生概率，不利于焊接质量的提升。由于钢结构焊接的工期比较紧，所以在处置焊接机故障时，常常是敷衍了事，只要使焊接机恢复使用即可，而其中潜在隐患却并未完全消除，后续使用中一旦突发故障，便可能造成焊接缺陷。

1.1.3 技术原因

焊接技术是钢结构焊接中，对质量影响最为直接的因素。实践表明，操作人员掌握的焊接技术会直接反映到钢结构的焊接质量上。所以，提高操作人员的焊接技术水平，是确保焊接质量达标的关键。同时，当焊接作业完成后，要对焊接质量全面检查，这是降低焊接缺陷的有效途径。而实际情况却并非如此，操作人员虽然掌握一定的焊接技术，但对于其中的技术要点却并不了解，只是能够对技术进行简单应用，如果出现特殊情况，则无法有效处理，从而增大了焊接缺陷的发生概率，焊接质量随之受到影响。

1.2 对施工质量的影响

钢结构焊接过程中若是产生缺陷，则会对施工质量造成影响，具体体现在如下方面：当钢结构出现焊接缺陷时，会产生应力集中的现象，若是气孔、裂纹等缺陷在同一个区域内出现，且距离比较近，则会引起较高的应力集中；焊缝焊角错边或是变形时，也会引起应力集中，不仅如此焊接接头的形式不同，也可能产生应力集中；焊接缺陷除了会引起应力集中之外，还会对结构产生破坏，包括非脆性和脆性两种破坏形式。通常材料破坏以塑性断裂为主，焊接缺陷导致材料的强度大幅度降低，这个幅度与截面积的减小成正比。相关规范标准中允许钢结构焊缝中存在一定数量的气孔，但气孔的数量不得超限，当成串的气孔在工作截面中的占比超过2%时，便会造成焊接接头强度下降。钢结构焊接部位出现的脆性断裂很多都是由裂纹引起，当裂纹比较微小时，并不会对焊接结构产生影响，随着裂纹的持续发展，达到临界尺寸后，便会引起结构断裂。基于此，石油企业在使用钢结构时，要做好定期检查工作，发现焊接缺陷及时处理，避免断裂问题的发生，确保钢结构的稳定性。

2 消除钢结构焊接缺陷保证施工质量的有效途径

2.1 焊接质量控制

解决钢结构焊接缺陷问题较为有效的方法是，采取合理可行的方法和措施控制焊接质量，以此来减少并避免焊接缺陷的产生，确保施工质量达到规范标准的规定要求，提高钢结构的强度和结构稳定性。钢结构焊接质量控制要贯穿于焊接作业的全过程，加强焊接前、焊接中和焊接后三个阶段的质量控制，具体措施如下。

2.1.1 焊接前的质控措施

（1）钢结构焊接是专业性较强的工作，为确保焊接作业的顺利开展，在焊接前要提出具体的技术要求，对图纸加以详细说明。例如，钢结构焊接尺寸的要求、焊接符号的规定要求、焊接工艺规程、焊接作业环境的要求、焊材保管与使用要求、母材性能要求、焊接预热要求、无损检测要求等。可将质量控制的重点放在如下方面：明确技术要求中遗漏的细节，包括焊接尺寸、形状等，看是否与现行规范标准的该规定要求相符，并在图纸中将设计未指明的潜在焊接问题标出，所有不明确的信息，均必须在正式焊接作业前沟通解决，避免引起焊接缺陷。

（2）焊接作业开始前，可采取如下措施对焊接工艺评定加以控制：对钢结构焊接工艺规程进行全面审查，并审查焊接作业人员的操作资质评定记录，确保资质评定与焊接工艺规程的要求相符。可将质量控制的重点放在合格焊接工艺规程及评定记录的获得上，必要时，验证焊接工艺规范，并对焊接作业人员进行重新考核，合格后方可上岗作业。

（3）钢结构焊接准备阶段，可采取以下质控措施：对钢构件焊接接头尺寸的正确性加以确认；检查待焊接表面，看有无污染物，如油污、铁屑、灰尘等，并重点检查母材，看是否存在明显的质量缺陷，如裂纹、分层等；对接头的类型及坡口角度全面检查，看是否与规定要求相符。

（4）焊材与钢结构焊接质量密切相关，在作业前要对焊材有效控制，为焊接质量提供保障，具体的控制措施如下：对焊条、焊剂、保护气体等焊接材料检查确认，看是否与钢结构焊接规范要求相符；检查填充金属，看类型及尺寸是否正确，有无污染；焊条要妥善保管，避免药皮损坏或是受潮；对保护气体适当净化，确保成分及纯度符合规定要求；质量不合格的焊材不得在钢结构焊接中使用，以免引起焊接缺陷。

2.1.2 焊接中的质控措施

（1）在对厚度较大的钢板焊接时，为确保焊接质量，可以采用以下焊接方式：根部通过手工焊封底，利用半自动焊完成中间填充，再以手工焊对面层进行盖面。需要注意的是，带有衬板的钢构件，应当以二氧化碳气体保护焊进行焊接。各个焊段要保持连续施焊，以此来减少熄弧和引弧的次数，降低焊接缺陷的产生几率，提高焊接质量。

（2）一道焊缝出现多次停顿后需要续焊时，施焊接头必须在原熄弧位置处留1.5cm 左右引弧，切不可在原熄弧处直接引弧，以免导致焊接缺陷。二氧化碳气体保护焊熄弧时，要在保护气体停供、焊缝冷却，方可将焊枪移走，过早移走焊枪会使热熔池暴露于空气中，造成焊接质量下降。

（3）焊接打底层时，要在焊缝前方5.0cm 处的引弧板上将电弧引燃，不得在焊接接头处熄弧，可将电弧引至熄弧板上进行熄弧，并将弧坑填满。运弧时可在两侧停留一定时间，防止焊肉与坡口之间产生夹角，确保平缓过渡；焊接填充层时，可在填充焊接前，将焊道上引弧形成的多余部分清除干净，并将粘连在坡壁上的飞溅物去除，对坡口边缘进行检查，看是否存在未熔合或是凹陷的夹角，若是存在，则可通过角磨机处理；在二氧化碳气体保焊的过程中，要控制好保护气体的流量，以40L/min ～55L/min 为宜，焊丝外伸的长度不宜超过25mm，控制在20mm ～25mm 之间，焊接速度以300mm/min ～350mm/min，以划斜圆的方法运焊。焊接填充层面层时，要留设出均匀的深度，以1.5mm ～2.0mm 为宜，以便盖面时，可以清楚看到坡口边缘。

（4）钢结构焊接时，要将焊缝的层间温度控制在100℃～150℃，并保持焊接连续进行，施焊时出现修补缺陷或是焊渣清理必须停焊的情况，会导致温度下降，对此可通过加热工具进行加热，待达到规定值后再继续焊接。当焊缝出现裂纹时，焊接作业人员不可擅自处理，要报告现场技术负责人，查明原因，制定修补方案后，按照方案对裂纹进行妥善处理，消除焊接缺陷，保证焊接质量。

（5）钢结构焊接完毕要及时做热处理，对于厚度在25mm 以上、80mm 以下的母材焊缝，必须采用火焰加热或是电加热保温，加热时要在焊缝两侧100mm 宽幅均匀进行，从边缘向中间部位加热，从低向高加热，避免热源集中在某一处；依据钢板的厚度，对保温时间合理确定，规范要求25mm 板厚的保温时间不少于1h；当达到保温时间后，要缓慢冷却至常温，并对钢结构进行消应力处理，以此来消除焊接中产生的残余应力。

（6）焊接完毕后，要对钢结构上残留的焊渣及飞溅物及时清理，并在清除干净后，检查焊缝的外观，看是否存在以下焊接缺陷：凹陷、气孔、咬边、未熔合、裂纹等，做好相关记录。随后采用无损检测技术，对钢结构的焊接质量全面检测，以此来确保焊接质量达标。

2.1.3 焊接后的质控措施

（1）钢结构焊接完毕后，要对接头质量检查验收，确保焊接位置与图纸要求及规范规定相符，在未获得批准的情况下，不可随意增设图纸以外的焊缝；所有临时性焊接要全部去除，并将相应部位修磨至与母材齐平，如有必要可以做磁粉检测，根据缺陷验收类别开展缺陷复查。

（2）焊接检验过程中，确定存在缺陷或是与规范标准要求不符的情况时，要将缺陷报相关负责人，并在下道工序开始前，对焊接缺陷进行处理，重新检查直至质量合格，方可进行下道工序施工。

2.2 焊接缺陷处理

钢结构焊接作为一项专业性较强的工作，很容易出现焊接缺陷，导致缺陷的原因除了与结构设计有关之外，还与焊接作业质量密切相关。常见的焊接缺陷有咬边、焊瘤、凹坑、未焊透、气孔、裂纹等。

2.2.1 咬边的成因及防治

钢结构焊接时，电弧的热量过高，容易引起咬边，该焊接缺陷会导致母材有效截面积减小，钢结构的承载力随之降低，可能会导致应力集中，若是处理不及时，则会发展为裂纹。针对咬边缺陷，焊接作业人员要矫正自身的操作姿势，严格按照规范的要求，控制好电弧的热量，通过有效的运条方式，达到消除缺陷的目的。

2.2.2 焊瘤的成因与防治

当焊接作业时的电流过强，选用的焊条存在偏芯等质量问题，或是焊接电源稳定性不足，作业人员操作姿势不正确，都可能引起焊瘤缺陷。焊瘤的出现使焊缝的尺寸发生改变，容易引起应力集中。为避免焊瘤的产生，钢结构焊接时，要使焊缝处于平焊的位置，严格按照相关规程的要求操作，选用性能优良、质量合格的焊条，使用前，对焊条进行检查，看有无偏芯现象。

2.2.3 凹坑的成因与防治

凹坑基本上都是内凹，多出现在焊缝的背面根部，主要是因为收弧时，焊条未做短暂停留所致。凹坑的出现，会导致焊缝的有效截面积减小，弧坑还会引起裂纹。该焊接缺陷可以采取如下措施进行防治：焊接作业时，在电焊机的选择上，以带电流衰减系统的作为首选，严格按照规范要求施焊，选用平焊位置，收弧时，焊条应当在熔池内做短暂停留，以此来填满弧坑。

2.2.4 未焊透的成因与防治

未焊透是危害比较严重的焊接缺陷，会导致焊缝疲劳强度下降，极有可能引起焊缝破坏。焊接电流过小、焊条偏芯、层间未清理等，是造成该焊接缺陷的主要原因。对此，可在钢结构焊接作业时，采取以下防治措施：选择大电流施焊，对坡口合理设计，并加强层间清理，通过短弧焊的方法，能够有效避免该焊接缺陷的产生。

2.2.5 气孔的成因及防治

气孔的出现，会造成焊缝疏松，接头的强度会随之降低，导致该焊接缺陷的主要原因是母材表面存在油污，焊条使用前未做烘干处理。对此可采取如下措施进行防治：施焊前，对母材表面、坡口以及焊丝上的油污全面清除，以碱性焊条作为首选，并在彻底烘干后方可使用，预热后焊接，以此来减缓冷却速度。

2.2.6 裂纹的成因与防治

裂纹是钢结构焊接中比较常见的缺陷，该缺陷是诱发压力容器事故的重要因素之一，所以要采取行之有效的措施，对裂纹进行防治：选择碳含量低的焊材，并加入适量的合金，以此来降低柱状晶的产生；将焊缝的熔深控制在较浅的程度，这样能够使散热条件得以改善；焊接前预热，焊接后及时热处理，降低冷却速度；通过调整装配顺序的方式减小焊接应力；焊条以碱性、低氢型作为首选，使用前必须彻底烘干。

2.3 焊接返修

对于钢结构而言，构件表面的焊接缺陷返修较为容易，而通过无损检测发现的钢结构内部缺陷的返修比较困难。如果钢结构的焊缝中存在与现行规范标准要求不符的缺陷，则应当采取行之有效的方法，将缺陷去除，从而使焊接质量达到规定要求。

2.3.1 编制方案

为确保钢结构焊接缺陷返修工作的顺利开展，应当在分析缺陷成因的基础上，编制合理可行的返修处理方案，具体如下：

（1）选取适宜的返修工艺，经相关工程师批准后，方可实施。编制的返修方案中应当涵盖如下内容：钢结构焊接缺陷的具体成因，防止缺陷再次产生的技术措施，焊接工艺，指定焊接返修的操作人员，焊接时选用的焊材规格等。

（2）由于钢结构对刚度、强度及稳定性的要求比较高，所以焊接缺陷返修时，要对同一个部位的返修次数加以控制，最多不得超过2 次，当某个部位的返修次数达到2 次之后，如果需要再次返修，则必须上报技术总工程师，获得批准后方可返修，同时要将具体的次数、返修部位以及处理后的无损检测结果如实记录。

2.3.2 返修准备

钢结构焊接缺陷返修前，要做好相应的准备工作，为返修作业的顺利开展奠定基础，具体如下：

（1）采用无损检测的方法对钢结构的焊缝进行探伤后，焊缝内部存在超过规定要求的缺陷时，应将该焊缝归入到返修范围内。根据实际情况，选取适宜的焊接方法进行返修，如二氧化碳气体保护焊、手工电弧焊等。

（2）如果需要以特殊的焊接方法，对钢结构的焊接缺陷进行返修时，则该方法要获得检验部门及业主的认可，否则不可以使用。同时，在返修作业正式开始起前，要对需要返修的部位进行处理，将焊缝两侧一定宽度范围内的油污、杂质等清除干净，避免后续施焊造成影响。

2.3.3 返修要点

（1）以碳弧气刨对钢结构焊缝中的缺陷剔除时，要确保缺陷剔除后，才能开展返修焊接。当碳弧气刨的深度达到钢板厚度的2/3 以上，但却未发现焊接缺陷时，应在第一面焊接修补后，用碳弧气刨在焊缝的背面继续查找焊接缺陷，直至完全剔除后，才能完成焊接修复。

（2）当钢结构焊缝中的焊接缺陷为裂纹时，其长度≤20mm，深度≤5.0mm，可以通过碳弧气刨将裂纹剔除，并在确认裂纹完全清除后，方可进行焊接修补。裂纹的长度＞20mm，深度＞5.0mm 时，可在裂纹的两端，使用钻头打止延孔，避免裂纹继续延伸，随后利用碳弧气刨将裂纹一层一层的剔除随后用PT 对裂纹进行检查，看是否清除干净，确认全部清除后，便可补焊。钢结构中的对接焊缝比较特殊，修补时，必须严格焊接规范的要求加以控制，可在修补时，采用多层、多道焊，并在收弧时，将弧坑填满。

3 结论

综上所述，钢结构焊接是一项较为复杂的工作，为避免焊接缺陷的产生，要采取行之有效的质量控制措施，并分析常见焊接缺陷的成因，在焊接过程中加以防治，以此来提高焊接质量，延长钢结构的使用寿命。